L épigénétique en élevage : c est quoi?

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1 L épigénétique en élevage : c est quoi? Journée : Epigénétique et Elevage Eve DEVINOY, INRA, UMR1313 Génétique Animale et Biologie Intégrative Jouy-en-Josas

2 PLAN DE L EXPOSE Introduction, rappels et définitions Modifications épigénétiques chez l adulte Modifications épigénétiques en période néonatale Modifications épigénétiques au cours du développement Conclusions et perspectives.02

3 INTRODUCTION Un animal est déterminé «génétiquement» (ensemble de ces gènes : génome/génotype) Espèces / Races / Caractères individuels - Lois de transmission (Mendel...) Matériel génétique en grande partie dans le noyau des cellules qui composent les organes (chromosomes / fibre de chromatine / double hélice ADN / séquence nucléotidique: A,C,G,T) mais aussi dans le cytoplasme des cellules (ARN, mitochondries...) Noyau CELLULE CHROMOSOME Chromosome en métaphase Fibre de chromatine GENOME / GENES / PROTEINES Séquence ADN/gène Cytoplasme Chromosome Double hélice d ADN Séquence de l ADN A T C G T A G C ARNm Protéines.03

4 AU DELA DU GENOTYPE Chez un animal, le même génome dans tous les organes / noyau de toutes les cellules ( pb) Le paysage épigénétique défini par C. Waddington : L ensemble des gènes d un animal (~30 000) n est pas exprimé dans tous les organes / cellules Différents répertoires de gènes sont exprimés : dans les différentes cellules à divers moments Les caractères de l animal (phénotype) sont affectées par : Environnement Disponibilité de nourriture Systèmes d élevage Agents pathogènes Interactions avec les autres êtres vivants... Une part des caractères d un individu ne s explique pas seulement par le génotype : Des modifications de structure de la chromatine correspondant à des modifications de marques épigénétiques associées à l ADN expliquent des variations de caractères chez un même individu.04

5 NATURE DES MARQUES ÉPIGÉNÉTIQUES Chez un animal, les marques épigénétiques peuvent être de natures différentes : ARN non codant induisant une compaction variable de la chromatine modifications post traductionnelles des histones (formant les nucléosomes) méthylation de l ADN CHROMOSOME Chromosome en métaphase Fibre de chromatine Double hélice d ADN Séquence de l ADN A T C G T A G C Chez un animal, les marques épigénétiques permettent une modulation de l expression des gènes : selon les organes et les types cellulaires qui composent l organe en fonction du stade de développement de l individu ou de l organe en réponse à l environnement La méthylation de l ADN peut se transmettre ou être effacée au cours des mitoses.05

6 PLUSIEURS DEFINITIONS Les mécanismes épigénétiques expliquent certaines variations des caractères : Chez un individu donné, des modifications / marques épigénétiques expliquent des variations d expression du génome et des caractères au cours du temps (après division cellulaire de type mitose) Des mécanismes épigénétiques «multigénérationnels» permettent de comprendre des variations réversibles d expression du génome en l absence de toute modification de sa séquence*, induite chez une femelle et qui se retrouvent à la génération suivante, après division cellulaire de type mitose de l embryon issu de la fusion des gamètes : Importance de l environnement au cours du développement précoce de l embryon / fœtus à l origine de la santé et des maladies (DOHaD) Des modifications épigénétiques «transgénérationnelles» réversibles du phénotype sans altération du génotype* se transmettent au cours des générations (transmises après méïose par les gamètes) * Remarque : Identité génétique difficile à vérifier, même si le séquençage du génome de plus en plus accessible.06

7 Mécanismes multi et transgénérationnel Femelle Mâle Skinner MK (2010) Nature.07

8 Modifications épigénétiques chez l adulte Phénotype altéré par le stress et l infection Une qualité de viande bovine améliorée par le stress 1 La résistance thermique des ruminants à la poule selon l exposition à la chaleur 2 Flore intestinale contrôle épigénétique du développement neuronal et du diabète? 3,4 Réponse immunitaire à l infection visible dans les marques des PBMC chez les bovins 5 Un potentiel laitier altéré à long terme : par les mammites 6 par la monotraite 7 1 Zhao et al (2012); 2 Renaudeau et al (2013); 3 Stilling et al (2014); 4 Remely et al (2014); 5 Doherty et al (2013); 6 Vanselow et al (2006); 7 Nguyen et al (2013).08

9 Modifications épigénétiques néonatales Influence de l alimentation Des phénotypes différents selon l alimentation : Gelée royale chez les abeilles : Reine / Ouvrières Vit B /folate et fertilité chez la vache 0 Sulforaphane et développement du muscle chez le porc 1 Déficience alimentaire pré ou postnatal croissance, composition corporelle et reproduction chez les bovins 2 Aliment riche en méthionine de la mère 3 Un potentiel laitier altéré chez les génisses portées par des mères qui étaient gestantes pendant la lactation 4 0 Walker et al (2013); 1 Fan et al (2013); 2 Reynolds et al (2012); 3 Wolffe et al (1998); 4 Gonzàles-Recro et al. (2012).09

10 Marques épigénétiques et développement Empreinte parentale et inactivation de X Des phénotypes différents selon le sens du croisement : Ane x Jument (Mulet) ou Cheval x Ânesse (Bardot) Canard de barbarie x Cane domestique (Mulard) Gènes soumis à l empreinte chez les bovins (croissance, dvpt, maladie..) IGF2R 1, H19 1, GNAS 2, PHLDA2 3 Des phénotypes différents pour un même génotype Inactivation X Sœurs «vraies jumelles» / clones ne sont pas strictement identiques Mécanismes Chez les femelles de mammifères, deux chromosomes X : Père (XY) Mère (XX) l un d origine paternelle, l autre d origine maternelle Lors du développement de l embryon, reprogrammation : Œuf fécondé femelle Inactivation aléatoire de X 4 selon les cellules Certaines cellules expriment les gènes de X paternel D autres cellules expriment les gènes de X maternel 1 Su et al (2011); 2 Sikora (2011a); 3 Sikora et al (2011b); 4 Heard (2013).010

11 CONCLUSIONS Des modifications épigénétiques chez l animal ou multigénérationnelles peuvent être utiles pour prédire le potentiel des animaux en élevage Description de l épigénome en relation avec la fertilité et le développement 1 Connaissance de l épigénome du placenta chez les bovins 2 Profil de méthylation d une région soumise à l empreinte (IGF2) marqueur du développement futur du muscle chez les bovins 3 Polymorphisme de huit gènes soumis à l empreinte et association avec des performances chez les vaches Holstein Frisonnes 4 Suite à mammite ou monotraite, le profil de méthylation d une région du cluster des gènes de caséines prédicteur du potentiel laitier ultérieur? 5, 6 Alimentation et production tout au long de la vie chez les bovins Kropp et al (2014); 2 Su et al (2014); 3 Huang et al (2014); 4 Magee et al (2010); 5 Singh et al (2010); 6 Nguyen et al (2013); 7 Funston et al (2013).011

12 PERSPECTIVES Des modifications transgénérationnelles doivent-elles être prise en compte?.012

13 MERCI DE VOTRE ATTENTION! N hésitez pas à poser des questions.013